DE19751397A1 - Steering system operating method for motor vehicles - Google Patents
Steering system operating method for motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vor richtung zum Betrieb eines Überlagerungs- bzw. Lenksystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method or a method direction for operating a superimposition or steering system, in particular for a motor vehicle, with the features of General terms of the independent claims.
Ein solches Lenksystem ist aus der DE-OS 40 31 316
(entspricht der US 5,205,371) bekannt und soll, soweit es
zum Verständnis der vorliegenden Erfindung relevant ist, an
hand der Fig. 1 und 2 erläutert werden. Bei einem solchen
Lenksystem werden die vom Fahrer durch das Lenkrad 11 bzw.
21 aufgebrachten Lenkbewegungen, der durch den Sensor 28 er
faßte Lenkradwinkel δL, in dem Überlagerungsgetriebe 12 bzw.
22 mit den Bewegungen, dem Motorwinkel δM, des Stellantrie
bes 13 bzw. 23 überlagert. Die so entstandene Gesamtbewegung
δL' wird über das Lenkgetriebe 14 bzw. das Lenkgestänge 16
an die lenkbar ausgelegten Räder 15a und 15b zur Einstellung
des Lenkwinkels δV weitergeleitet. Hierbei kann der Stellan
trieb 13 bzw. 23 als Elektromotor ausgelegt sein, wobei der
Antrieb von dem Elektromotor über ein selbsthemmendes Ge
triebe erfolgt, so daß der Motor nicht durch in der Lenkwel
le wirkende Drehmomente verdreht werden kann. Ein solches
Lenksystem kann als Servolenksystem verwendet werden, indem
die Lenkung durch die Übersetzung iü des Überlagerungsge
triebes 12 bzw. 22 sehr indirekt gemacht werden kann und da
mit geringe Lenkradmomente ML erreicht werden können. Da
durch bedingte, sehr große Lenkradwinkel δL werden vermie
den, indem geeignete Motorwinkel δM überlagert werden, so
daß entsprechend dem Zusammenhang
Such a steering system is known from DE-OS 40 31 316 (corresponds to US 5,205,371) and, insofar as it is relevant for understanding the present invention, is to be explained with reference to FIGS . 1 and 2. In such a steering system, the steering movements applied by the driver through the steering wheel 11 or 21 , the steering wheel angle δ L detected by the sensor 28 , in the superposition gear 12 or 22 with the movements, the motor angle δ M , the actuator bes 13 or 23 overlaid. The resulting total movement δ L 'is transmitted via the steering gear 14 or the steering linkage 16 to the steerable wheels 15 a and 15 b for setting the steering angle δ V. Here, the Stellan drive 13 or 23 can be designed as an electric motor, the drive from the electric motor via a self-locking Ge gear takes place so that the motor can not be rotated by acting in the Lenkwel le torques. Such a steering system can be used as a power steering system in that the steering can be made very indirectly by the translation i ü of the Überlagerungsge gear 12 or 22 and since low steering wheel torques M L can be achieved. Since conditional, very large steering wheel angles δ L are avoided by overlaying suitable motor angles δ M , so that according to the context
δL' = δL/iü + δM
δ L '= δ L / i ü + δ M
mit Lenkradwinkeln üblicher Größe erforderliche Ausgangswin kel δL' eingestellt werden können. Der zur Lenkunterstützung erforderliche Motorwinkel δM bzw. sein Sollwert wird aus dem Lenkradwinkel δL bestimmt. Darüber hinaus kann der Motorwin kel δM zur Beeinflussung des dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs zusätzlich oder ausschließlich auch abhängig von Signalen Sm gewählt werden, wobei diese Signale Sm die durch die Sensoren 26 erfaßten Fahrzeugbewegungen repräsentieren. Dann kann das Übersetzungsverhältnis auch iü = 1 sein.required output angle δ L 'can be set with steering wheel angles of conventional size. The motor angle δ M required for steering assistance or its target value is determined from the steering wheel angle δ L. In addition, the motor angle δ M can be selected to influence the dynamic behavior of the vehicle additionally or exclusively depending on signals Sm, these signals Sm representing the vehicle movements detected by the sensors 26 . Then the gear ratio can also be i ü = 1.
Bei einem oben beschriebenen Lenksystem muß der Zusatzlenk winkel δM im allgemeinen über längere Zeiten konstante Wer te, insbesondere Null, annehmen. Wird der konstante Wert von dem Motor z. B. aufgrund von Reibung nicht exakt eingestellt, fließt ein konstanter Dauerstrom, der nachteilhafterweise zur Erwärmung des Motors führt und unnötig elektrische Ener gie verbraucht. Dieses anhand eines Lenksystems dargestellte Problem kann bei allen Stellern und Antrieben mit Selbsthem mung auftreten, bei denen die Ausgangsgröße (Winkel, Positi on) für längere Zeiten konstante Werte annehmen soll.In a steering system described above, the additional steering angle δ M must generally take constant values, in particular zero, over longer times. If the constant value of the motor z. B. due to friction not set exactly, a constant continuous current flows, which disadvantageously leads to the heating of the motor and unnecessarily consumes electrical energy. This problem, which is presented using a steering system, can occur with all actuators and drives with self-locking, for which the output variable (angle, position) should assume constant values for longer periods.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteil auszuräumen.The object of the present invention is this To eliminate the disadvantage.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der unab hängigen Ansprüche gelöst.This task is carried out by the combinations of features of the independent pending claims resolved.
Wie anhand eines Lenksystems erwähnt geht die Erfindung aus von einem Überlagerungssystems mit einem Stellantrieb und einem Überlagerungsgetriebe, wobei durch das Überlagerungs getriebe eine erste Bewegung und eine durch den Stellantrieb durch eine Energiezufuhr zu dem Stellantrieb initiierte zweite Bewegung überlagert werden. Die von dem Stellantrieb initiierte Bewegung wird über einen selbsthemmenden Mecha nismus dem Überlagerungsgetriebe zugeführt. Der Kern der Er findung besteht darin, daß ein Stillstand des Stellantriebs erkannt wird und in Reaktion auf einen erkannten Stillstand die Energiezufuhr zu dem Stellantrieb zumindest reduziert wird.As mentioned with the aid of a steering system, the invention proceeds of an overlay system with an actuator and a superposition gear, being through the superposition gear a first movement and one by the actuator initiated by an energy supply to the actuator second movement can be overlaid. The one from the actuator initiated movement is via a self-locking mecha nism fed to the superposition gear. The core of the Er Invention is that the actuator stops is recognized and in response to a detected standstill the energy supply to the actuator is at least reduced becomes.
Eine spezielle Realisierung des allgemeinen erfindungsgemä ßen Gedankens geht aus von einem Lenksystem für ein Kraft fahrzeug mit wenigstens einem lenkbaren Rad, einem Stellan trieb und einem Überlagerungsgetriebe. Durch das Überlage rungsgetriebe wird die durch den Fahrer des Fahrzeugs initi ierte Lenkbewegung und die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung zur Erzeugung der Lenkbewegung des lenkbaren Rades über einen selbsthemmenden Mechanismus überlagert. Dem Stell antrieb wird zur Initiierung der Bewegung Energie zuge führt. Der Kern der Erfindung besteht darin, daß ein Still stand des Stellantriebs erkannt wird und in Reaktion auf ei nen erkannten Stillstand die Energiezufuhr zu dem Stellan triebs zumindest reduziert wird. Zur Vermeidung der obener wähnten Erwärmung des Stellantriebs und zur Verhinderung ei nes unnötig hohen Energieverbrauchs des Stellantriebs wird also erfindungsgemäß die Energiezufuhr des Stellantrieb zu mindest reduziert, insbesondere unterbrochen oder abgeschal tet, wenn der Stellantrieb stillsteht.A special implementation of the general invention his thoughts are based on a power steering system vehicle with at least one steerable wheel, a Stellan driven and a superposition gear. Through the overlay The transmission is initiated by the driver of the vehicle ized steering movement and the one initiated by the actuator Movement to generate the steering movement of the steerable wheel overlaid by a self-locking mechanism. The Stell Drive is energized to initiate the movement leads. The essence of the invention is that a still position of the actuator is recognized and in response to egg The standstill recognized the energy supply to the Stellan drive is at least reduced. To avoid the above mentioned heating of the actuator and to prevent egg unnecessarily high energy consumption of the actuator thus according to the invention the energy supply of the actuator at least reduced, especially interrupted or shuttered when the actuator stops.
Die Energiezufuhr zu dem Stellantrieb kann dabei derart re duziert werden, daß der dem Stellantrieb zugeführte Strom reduziert wird, wobei insbesondere an eine Reduzierung auf den Wert Null, das heißt an eine Abschaltung des Stellan triebs gedacht ist.The energy supply to the actuator can be so re be reduced that the current supplied to the actuator is reduced, in particular a reduction to the value zero, i.e. when the Stellan is switched off drive is thought.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die zeitliche Änderung der durch den Stellantrieb initiierten Bewegung erfaßt wird und der Stillstand des Stellantriebs abhängig von der erfaßten zeitliche Änderung erkannt wird. Hierbei kann der Stillstand des Stellantriebs dann erkannt werden, wenn die zeitliche Änderung einen bestimmten Wert, insbesondere den Wert Null, erreicht.In an advantageous embodiment it is provided that the change over time of those initiated by the actuator Movement is detected and the actuator is at a standstill depending on the detected change in time is detected. The standstill of the actuator can then be detected when the time change a certain value, in particular the value zero.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Energiezufuhr zu dem Stellantrieb dann zumindest reduziert wird, wenn der Still stand des Stellantriebs eine wählbare Zeitdauer lang erkannt worden ist. Dies hat den Vorteil, daß eine Reduzierung der Energiezufuhr bzw. Abschaltung des Stellantriebs nur dann geschieht, wenn nicht zu erwarten ist, daß durch eine weite re Energiezufuhr der gewünschte Winkel noch genauer einge stellt wird. Furthermore, it can be provided that the energy supply to the Actuator is at least reduced when the still the actuator was recognized for a selectable period of time has been. This has the advantage that a reduction in Only then supply or switch off the actuator happens when it is not expected that by a wide The desired angle is inserted even more precisely is posed.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung erfaßt wird und ein Sollwert für die durch den Stellantrieb initiierte Bewegung sowie die Diffe renz zwischen dem Sollwert und der Bewegung bestimmt wird. Zum Zeitpunkt der erfindungsgemäßen Reduzierung wird dann die so bestimmte Differenz gespeichert. Hierbei ist insbe sondere vorgesehen, daß die reduzierte Energiezufuhr dann wieder erhöht wird, wenn die aktuell bestimmte Differenz die gespeicherte Differenz um ein vorgebbares Maß über- oder un terschreitet.It is particularly advantageous that the actuator initiated movement is detected and a setpoint for the movement initiated by the actuator and the differences limit between the setpoint and the movement is determined. Then at the time of the reduction according to the invention the difference determined in this way is saved. Here is esp special provided that the reduced energy supply then is increased again when the currently determined difference is the stored difference over or a predetermined amount steps.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die gespeicherte Differenz zu einer Fehlererkennung heranzuziehen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die gespeicherte Differenz mit wenigstens einer vorgebbaren Schwelle verglichen wird und abhängig von dem Vergleichergebnis ein Fehlersignal abgegeben wird. Diese Ausgestaltung hat den Hintergrund, daß dann, wenn der Stell antrieb längere Zeit eine größere Regelabweichung aufweist, dies auf einen Fehler wegen einer erhöhten Reibung oder Klemmen im Stellantrieb oder Getriebe hinweisen kann. In diesem Fall kann auch ein Fehler in dem zum Stellantrieb ge hörenden Stromregler, der Leistungselektronik oder der Ener gieversorgung vorliegen. Solche Anomalien kann die Still standsabschaltung an eine Sicherheitsüberwachung melden, die dann geeignete Test- oder Notmaßnahmen einleitet.It is also advantageous to add the stored difference error detection. In particular is there provided that the stored difference with at least a predefinable threshold is compared and depends on an error signal is given to the comparison result. This Design has the background that when the Stell drive shows a larger control deviation for a long time, this is due to an error due to increased friction or Clamps in the actuator or gear can indicate. In this case can also be a fault in the actuator hearing current regulator, the power electronics or the ener energy supply available. Breastfeeding can cause such anomalies Report the shutdown to a safety monitor, the then initiates suitable test or emergency measures.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die durch den Stellan trieb initiierte Bewegung während der Reduzierung der Ener giezufuhr erfaßt und zu einer Fehlererkennung herangezogen wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß ein Fehlersi gnal dann erzeugt wird, wenn die während der Reduzierung der Energiezufuhr erfaßte initiierte Bewegung sich um ein vor gebbares Maß ändert. Dies hat den Hintergrund, daß ein sich ändernder Meßwert des Zusatzlenkwinkels während der Abschal tung auf einen Fehler des entsprechenden Sensors oder einen schwerwiegenden Fehler im Motor oder Getriebe wie z. B. Ver sagen der Selbsthemmung hinweist. Solche Anomalien kann die Stillstandsabschaltung an eine Sicherheitsüberwachung mel den, die dann geeignete Notmaßnahmen einleitet.Furthermore, it can be provided that the by the Stellan drove initiated movement while reducing the ener Giezufuhr recorded and used for error detection becomes. In particular, it is provided that an error i gnal is generated when the during the reduction of the Initiated movement energy input captured by a forward definable measure changes. This is because a changing measured value of the additional steering angle during shuttering on an error of the corresponding sensor or an serious errors in the engine or transmission such as B. Ver say the self-locking indicates. Such anomalies can Standstill shutdown to a safety monitoring mel the one who then takes appropriate emergency measures.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung auch die entsprechenden Vorrichtungen.In addition to the method according to the invention, the invention relates also the corresponding devices.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprü chen zu entnehmen.Further advantageous refinements are the dependent claims Chen to take.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch das Lenksystem nach dem Stand der Technik, von dem die Erfindung im Ausführungsbeispiel ausgeht. Die Fig. 3 stellt die Steuerungs- bzw. Regelungsstra tegie eines solchen Lenksystems mit dem in der Fig. 4 abgebil deten Lageregler dar. Die Fig. 5 zeigt den erfindungsgemäßen Lageregler mit den in der Fig. 6 zu sehenden Signalverläufen. Figs. 1 and 2 schematically show the steering system of the prior art from which the invention proceeds in the embodiment. FIG. 3 shows the control or regulating strategy of such a steering system with the position controller depicted in FIG. 4. FIG. 5 shows the position controller according to the invention with the signal curves shown in FIG. 6.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels dargestellt werden. Dabei wird beispielhaft von einer eingangs erwähnten Überlagerungslenkung ausgegangen.In the following, the invention is to be described with reference to an embodiment are shown in a game. An example of one overlap steering mentioned at the outset.
Die Fig. 1 bzw. Fig. 2 zeigt mit den Bezugszeichen 11 bzw. 21 ein von dem Fahrer des Fahrzeugs betätigbares Lenkrad. Durch die Betätigung des Lenkrades 11 bzw. 21 wird dem Überlagerungsge triebe 12 bzw. 22 über die Verbindung 101 der Lenkradwinkel δL zugeführt. Gleichzeitig wird dem Überlagerungsgetriebe 12 bzw. 22 über die Verbindung 104 der Motorwinkel δM des Stellantriebes 13 bzw. 23 zugeleitet. Hierbei kann der Stellantrieb 13 bzw. 23 als Elektromotor ausgelegt sein, wobei der Antrieb von dem Elek tromotor über ein selbsthemmendes Getriebe erfolgt, so daß der Motor nicht durch in der Lenkwelle wirkende Drehmomente verdreht werden kann. Fig. 1 and Fig. 2 shows an actuatable by the driver of the vehicle steering wheel by the reference numerals 11 and 21 respectively. By actuating the steering wheel 11 or 21 , the gearbox 12 or 22 is supplied via the connection 101 to the steering wheel angle δ L. At the same time, the superposition gear 12 or 22 is supplied with the motor angle δ M of the actuator 13 or 23 via the connection 104 . Here, the actuator 13 or 23 can be designed as an electric motor, the drive from the elec tromotor via a self-locking gear so that the motor cannot be rotated by torques acting in the steering shaft.
Ausgangsseitig des Überlagerungsgetriebes 12 bzw. 22 wird die Gesamtbewegung δL' über die Verbindung 102 beziehungsweise 103 dem Lenkgetriebe 14 bzw. 24 zugeführt, das wiederum über das Lenkgestänge 16 entsprechend dem Gesamtwinkel δL' die lenkbaren Räder 15a und 15b mit dem Lenkwinkel δV beaufschlagt. In der Fig. 2 sind weiterhin Sensoren 28 und 26 zu sehen, wobei der Sen sor 28 den Lenkradwinkel δL detektiert und dem Steuergerät 27 zuführt, während mit dem Bezugszeichen 26 Sensoren gekennzeich net sind, die die Bewegungen des Fahrzeugs 25 (bspw. Gierbewe gungen, Querbeschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit usw.) sen sieren und die entsprechenden Signale Sm dem Steuergerät 27 zu führen. Das Steuergerät 27 ermittelt, abhängig vom erfaßten Lenkradwinkel δL und ggf. abhängig von den Fahrzeugbewegungen eine Stellgröße u (Ausgangsgröße des Steuergeräts 27) zur An steuerung des Stellantriebs 13 bzw. 23.On the output side of the superposition gear 12 or 22 , the total movement δ L 'is fed via the connection 102 or 103 to the steering gear 14 or 24 , which in turn via the steering linkage 16 corresponds to the total angle δ L ' of the steerable wheels 15 a and 15 b with the steering angle δ V applied. In FIG. 2 sensors continue to see 28 and 26, wherein the sen sor 28 the steering wheel angle δ L is detected and the control unit supplies 27, while 26 sensors are gekennzeich net with the reference numerals which the movements of the vehicle 25 (eg. Gierbewe conditions, lateral acceleration, vehicle speed, etc.) sen and the corresponding signals Sm to the control unit 27 . The control unit 27 determines, depending on the detected steering wheel angle δ L and possibly depending on the vehicle movements, a manipulated variable u (output variable of the control unit 27 ) for controlling the actuator 13 or 23 .
Die Fig. 3 zeigt anhand eines Blockschaltbildes die Funktions weise des Lenksystems im Fahrbetrieb des Fahrzeugs. Der durch den Sensor 28 erfaßte Lenkradwinkel δL wird hierzu der Lenkhil festeuerung 41 zugeführt. Abhängig von dem Lenkradwinkel δL und ggf. abhängig von der erfaßten Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx ermittelt die Lenkhilfesteuerung 41 einen Lenkanteil δMLH. Dane ben ermittelt der Fahrzeugregler 44 abhängig von dem durch die Sensoren 26 erfaßten Fahrzeugbewegungen (Fahrzeuglängsgeschwindigkeit Vx, Gierrate ω, Querbeschleunigung usw.) einen weiteren, dynamischen Lenkanteil δKorr. Der Lenkan teil δMLH, der die Lenkhilfefunktion berücksichtigt, und der Lenkanteil δKorr, durch den die Fahrzeugdynamik des Fahrzeugs optimiert wird, werden im Punkt 45 überlagert zu einem Soll- Motorwinkel δM,soll der dem Lageregler 42 eingangsseitig zuge führt wird. Weiterhin wird dem Lageregler 42 der aktuelle Motor winkel δM,ist des Motors 13 bzw. 23 zugeführt. Abhängig von ei nem Soll-Ist Vergleich ermittelt der unterlagerte Lageregler 42 den Soll-Motorstrom Isoll. Aufgrund der Abweichung des Soll- Motorstroms Isoll und des am Fahrzeugmotor 13 bzw. 23 erfaßten Motor Ist-Strom Iist (Subtraktion 46) ermittelt der Stromregler 43 ein entsprechendes Ansteuersignal u für den Stellmotor 13 bzw. 23, um den gewünschten Motorwinkel δM,soll zu realisieren. Fig. 3 shows a block diagram of the function of the steering system while driving the vehicle. The steering wheel angle δ L detected by the sensor 28 is fed to the steering aid control 41 for this purpose. Depending on the steering wheel angle δ L and possibly depending on the detected longitudinal vehicle speed V x, the power steering control 41 determines a steering component δ MLH . Dane ben determined the vehicle controller 44 depending on the detected vehicle movements by the sensors 26 (longitudinal vehicle speed V x, yaw rate ω, lateral acceleration, etc.) a further dynamic steering proportion δ corr. The steering component δ MLH , which takes the steering assistance function into account, and the steering component δ Korr , through which the vehicle dynamics of the vehicle are optimized, are superimposed at point 45 to a target motor angle δ M, which is fed to the position controller 42 on the input side. Furthermore, the position controller 42 is the current motor angle δ M, the motor 13 or 23 is supplied. Depending on ei nem target-actual comparison determines the subordinate position controller 42 the target motor current I should. Due to the deviation of the target motor current I soll and the motor detected at the vehicle engine 13 or 23 actual current I (subtracting 46) determines the current controller 43, a corresponding control signal u for the servo motor 13 or 23, δ to the desired motor angular M , is supposed to be realized.
Als Lageregler wird ein Regler 42a mit einem Proportional- und einen Differentialanteil (PD-Regler) nach Fig. 4 ver wendet. Diesem PD-Regler wird der Istwert für den Motorwin kel δM,ist sowie der entsprechende Sollwert δM,soll zuge führt. Von diesen beiden Eingangsgrößen δM,ist und δM,soll werden in den Differenziereinheiten 50 und 54 die zeitlichen Ableitungen gebildet und in den Verstärkungsstufen 52 und 53 mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren KDs und KDi ge wichtet, wobei insbesondere KDs = 0 sein kann. Im Punkt 55 wird dann die Differenz zwischen diesen gewichteten Ablei tungen ermittelt und der gewichteten (Verstärkungsstufe 51, Verstärkungsfaktor Kp) Regelabweichung (δM,soll-δM,ist) überlagert zum Sollmotorstrom Isoll.As a position controller, a controller 42 a with a proportional and a differential component (PD controller) according to FIG. 4 is used. This PD controller receives the actual value for the motor angle δ M, as well as the corresponding setpoint δ M, should . From these two input variables δ M, ist and δ M, the time derivatives are to be formed in the differentiating units 50 and 54 and weighted in the amplification stages 52 and 53 with different amplification factors K Ds and K Di , where in particular K Ds = 0 . At point 55 the difference is then determined between these obligations Ablei weighted and the weighted (gain stage 51, gain K p) control deviation (δ M, to -δ M is) superimposed to the target motor current I soll.
Die Verwendung eines solchen Reglers ohne I-Anteil hat den Vorteil, daß die recht hohe Reibung des selbsthemmenden Ge triebes nicht zu Grenzzyklen führen kann. Dafür ergeben sich bleibende Regelabweichungen, insbesondere bleibt bei kon stantem δM,soll der Motor 13, 23 aufgrund der Reibung ste hen, bevor der Istwert δM,ist den Sollwert δM,soll erreicht. Damit wird über den P-Kanal des Lagereglers (Verstärkung Kp) ein konstanter Motorstrom eingestellt, der so klein ist, daß die Reibung nicht überwunden wird und der Motor sich nicht weiter dreht. Dieser Strom erwärmt nur den Motor.The use of such a controller without an I component has the advantage that the quite high friction of the self-locking gear cannot lead to limit cycles. This results in permanent control deviations, in particular if the constant δ M remains , the motor 13 , 23 should stop due to the friction before the actual value δ M, the target value δ M, is reached. A constant motor current is set via the P-channel of the position controller (gain K p ), which is so small that the friction is not overcome and the motor does not continue to rotate. This current only heats the engine.
Die Fig. 5 zeigt den Lageregler 42a mit der erfindungsgemä ßen Erweiterung um eine Stillstandsabschaltung. Auch hierbei handelt es sich um den schon beschriebenen PD-Regler mit den ebenfalls beschriebenen Differenziereinheiten 50 und 54 und Verstärkungsstufen 51, 52 und 53. Neu ist der Schalter 56, dessen Schaltzustand durch das Schaltsignals S geändert wird und durch dessen Öffnen der Motorstrom bzw. über den Strom regler 43 die Motorspannung u auf den Wert Null herabgesetzt wird und der Motor 13, 23 abgeschaltet wird. Fig. 5 shows the position controller 42 a with the inventive extension by a shutdown. This is also the PD controller already described with the differentiating units 50 and 54 and amplification stages 51 , 52 and 53 also described. New is the switch 56 , the switching state of which is changed by the switching signal S and by opening the motor current or, via the current regulator 43, the motor voltage u is reduced to the value zero and the motor 13 , 23 is switched off.
Der in der Fig. 5 mit 13, 23 bezeichnete Block kann selbst verständlich auch der in der Fig. 4 beziehungsweise in der Fig. 3 gezeigte Stromregler 43 sein. In diesem Fall wird dem Stromregler 43 der Sollstrom Isoll zugeführt.The block denoted by 13 , 23 in FIG. 5 can of course also be the current regulator 43 shown in FIG. 4 or in FIG. 3. In this case, the current regulator 43 is supplied with the target current I des.
Das Schaltsignal S wird dabei in der Stillstandsabschaltung 57 gebildet.The switching signal S is formed in the standstill shutdown 57 .
Die Eingangsgrößen der Stillstandsabschaltung 57 sind die
Regelabweichung e = δM,soll-δM,ist und die Änderung des Mo
torwinkels δM,ist (=δM) bzw. die Motorgeschwindigkeit
The input variables of the standstill shutdown 57 are the control deviation e = δ M, target -δ M, and the change in the motor angle δ M, ist (= δ M ) or the engine speed
Die Funktionsweise der Stillstandsabschaltung zeigt Fig. 6
beispielhaft anhand von Zeitverläufen der wesentlichen Größen.
Es wird angenommen, daß der Motor von einem positiven
Winkel δM (mit Strichen markierter Verlauf) auf den Winkel
Null zurückfahren soll, d. h. am Anfang des betrachteten
Zeitabschnitts ist
The function of the shutdown shutdown is shown in FIG. 6 by way of example on the basis of time profiles of the essential variables. It is assumed that the motor should return from a positive angle δ M (curve marked with lines) to zero angle, ie it is at the beginning of the period under consideration
Der Motor 13, 23 folgt dem Sollwert, d. h.
The motor 13 , 23 follows the setpoint, ie
wobei
sich ein gewisser Schleppfehler ergibt. Infolge des Schlepp
fehlers und der Reibung bleibt der Motor zum Zeitpunkt t0
stehen, bevor δM = δM,soll = 0 ist. Das heißt, daß ab dem
Zeitpunkt t0
which results in a certain following error. As a result of the following error and the friction, the motor stops at time t 0 before δ M = δ M, Soll = 0. This means that from time t 0
ist. Die noch bestehende Regelabwei chung e (mit Strichen und Punkten markierter Verlauf) führt zu dem oben erwähnten konstanten Motorstrom Isoll für t < t0.is. The existing control deviation e (curve marked with dashes and dots) leads to the above-mentioned constant motor current I soll for t <t 0 .
Die Stillstandsabschaltung 57 erkennt nun zum Zeitpunkt t0
aus der Änderung von δM bzw. der Geschwindigkeit
The standstill shutdown 57 now recognizes at time t 0 from the change in δ M or the speed
daß der Motor 13, 23 steht. Um Beeinträchtigungen von Bewegungen mit schnellen Nulldurchgängen der Sollgeschwindigkeit zu vermeiden, wartet die Stillstandsabschaltung 57 nach dem Er kennen des Motorstillstands noch eine gewisse Zeit Δt. Wenn der Motor während dieser ganzen Zeit steht, wird er zum Zeitpunkt t1 = t0 + Δt abgeschaltet, d. h. es wird Isoll = 0 gesetzt bzw. der in Fig. 5 enthaltene Schalter 56 umgeschal tet.that the engine 13 , 23 is stopped. In order to avoid impairments of movements with rapid zero crossings of the setpoint speed, the standstill switch-off 57 waits for a certain time Δt after the motor has come to a standstill. When the engine during all this time is, it is at the time t 1 = t 0 + .DELTA.t switched off, it ie I soll = 0 is set and the switch 56 is given in Fig. 5 tet vice stale.
Für das Wiedereinschalten des Motors 13, 23 wird aus der Re
gelabweichung e(t1) zum Zeitpunkt t1 des Abschaltens eine
Schwelle
For switching the motor 13 , 23 back on , a threshold is established from the control deviation e (t 1 ) at the time t 1 of the switching off
e0 = |e(t1)| + ε
e 0 = | e (t 1 ) | + ε
gebildet mit dem positiven konstanten Wert ε. Wenn die Re gelabweichung e das durch ± e0 festgelegte Band überschrei tet, d. h. wenn |e(t)| < e0 ist, so wird der Motor durch An steuerung S des Schalters 56 wieder eingeschaltet, d. h. der vom PD-Regler bestimmte Stromsollwert Isoll durchgeschaltet. Bei einer ordnungsgemäßen Systemfunktion kann dies nur da durch geschehen, daß sich der Sollwert δM,soll ändert. Im betrachteten Beispiel wird angenommen, daß δM,soll ab dem Zeitpunkt t2 wieder ansteigt und die Reglabweichung e zum Zeitpunkt t3 das Band ± e0 überschreitet, so daß der Motor zur Zeit t3 wieder eingeschaltet beziehungsweise bestromt wird und anläuft.formed with the positive constant value ε. If the control deviation e exceeds the band defined by ± e 0 , ie if | e (t) | <e 0 , the motor is switched on again by control S of the switch 56 , ie the current setpoint I intended by the PD controller is to be switched through. If the system functions properly, this can only be done by changing the setpoint δ M, nominal. In the example considered, it is assumed that δ M, should rise again from time t 2 and the control deviation e at time t 3 exceeds the band ± e 0 , so that the motor is switched on again or energized at time t 3 and starts up.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Stillstandsabschaltung be steht darin, daß keine Kenntnis der im System vorhandenen Reibkräfte und Reibverhältnisse erforderlich ist. Deshalb schützt die Stillstandsabschaltung Motor, Leistungselektro nik und Bordnetz vor hohen Langzeitbelastungen auch im Feh lerfall, wenn der Motor oder das Getriebe klemmen.A major advantage of this shutdown shutdown be is that no knowledge of the existing in the system Frictional forces and frictional relationships are required. That's why protects the motor and power electronics standstill shutdown Technology and on-board electrical system from high long-term loads even in the absence If the motor or the gearbox jams.
Zusätzlich kann die beschriebene Stillstandsüberwachung 57 auch zur Fehlerdetektion verwendet werden. Nimmt die Schwel le e0 ungewöhnlich große Werte an, so ist dies ein Zeichen für eine erhöhte Reibung oder ein Klemmen im Motor oder Ge triebe oder für Fehler im Stromregler, der Leistungselektro nik oder der Energieversorgung. In der Stillstandsüberwa chung 57 kann also vorgesehen sein, daß der Wert e0 mit ei ner weiteren Schwelle verglichen wird. Überschreitet e0 die Schwelle, so wird über die Fehlererkennung 501 bzw. die Si gnallampe 502 ein Fehler angezeigt.In addition, the described standstill monitoring 57 can also be used for fault detection. If the threshold e 0 assumes unusually large values, this is a sign of increased friction or jamming in the motor or gearbox or for faults in the current controller, the power electronics or the energy supply. In the standstill monitoring 57 it can therefore be provided that the value e 0 is compared with an additional threshold. If e 0 exceeds the threshold, an error is displayed via error detection 501 or signal lamp 502 .
Ändert sich der gemessene Wert δM des Motorwinkels, während der Motor abgeschaltet ist, so deutet dies auf einen Fehler des Sensors hin, der den Motorwinkel δM als δM,ist sensiert oder auf einen schwerwiegenden Fehler im Motor oder Getriebe wie z. B. auf das Versagen der Selbsthemmung hin. Solche An omalien kann die Stillstandsabschaltung 57 an eine Sicher heitsüberwachung 501 melden, die dann geeignete Notmaßnah men, beispielsweise Ansteuerung der Signallampe 502, einlei tet.If the measured value δ M of the engine angle changes while the engine is switched off, this indicates an error in the sensor, which senses the engine angle δ M as δ M, or a serious error in the engine or transmission such as. B. on the failure of self-locking. Such anomalies can report the shutdown shutdown 57 to a safety monitor 501 , which then initiates suitable emergency measures, for example activation of the signal lamp 502 .
Die Verwendung des PD-Reglers 42a mit der Stillstandsab schaltung 57 setzt die Verwendung eines unterlagerten Strom reglers 43, wie in Fig. 3 gezeigt, nicht zwingend voraus. Die Anordnung kann auch direkt eine Motorspannung u bestim men. Obige Ausführungen gelten dann sinngemäß.The use of the PD controller 42 a with the standstill circuit 57 does not necessarily require the use of a subordinate current controller 43 , as shown in FIG. 3. The arrangement can also directly determine a motor voltage u. The above statements apply accordingly.
Zusammenfassend sind als Kern und Vorteile der Erfindung
folgende Punkte zu nennen:
In summary, the following points should be mentioned as the core and advantages of the invention:
- - Abschaltung des Stellmotors, wenn er zum Stillstand kommt und die Lageregelabweichung e so klein ist, daß der vom Lageregler eingestellte Motorstrom zum Wiederanlaufen des Motors nicht ausreicht.- The servomotor is switched off when it comes to a standstill and the position control deviation e is so small that that of Position controller set motor current to restart the Motors is not enough.
- - Wiedereinschalten des Motors bei größerer Regelabweichung e. - Reactivation of the motor in the event of a larger control deviation e.
- - Verhinderung zu großer Motorerwärmung.- Prevention of excessive engine warming.
- - Einsparung elektrischer Energie.- Saving electrical energy.
- - Die erfindungsgemäße Funktion wird allein auf Basis der im Lageregler 42a vorhandenen Signale erfüllt.- The function according to the invention is fulfilled solely on the basis of the signals present in the position controller 42 a.
- - Die erfindungsgemäße Funktion wird autonom vom um die Stillstandsabschaltung 57 erweiterten Lageregler 42a aus geführt; übergeordnete Funktionseinheiten wie z. B. Fahr zeugregler 44 müssen nicht eingreifen. Dies erleichtert eine modulare Strukturierung der Funktionen.- The function according to the invention is carried out autonomously by the position controller 42 a extended by the standstill shutdown 57 ; higher-level functional units such. B. Vehicle controller 44 do not have to intervene. This facilitates a modular structuring of the functions.
- - Die erfindungsgemäße Funktion wird ohne Vorkenntnis der Reibungsverhältnisse erfüllt.- The function of the invention is without prior knowledge of Friction conditions fulfilled.
- - Die erfindungsgemäße Funktion wird auch im Fehlerfall wie erhöhter Reibung oder Klemmen im Motor oder Getriebe er füllt. Damit ergibt sich in diesem Fall ein wirksamer Schutz von Motor, Leistungselektronik und Bordnetz.- The function according to the invention is also in the event of an error increased friction or jamming in the engine or transmission fills. This results in an effective one in this case Protection of engine, power electronics and vehicle electrical system.
- - Die Stillstandabschaltung 57 kann bestimmte Fehler in Mo tor, Getriebe, Stromregler, Leistungselektronik, Energie versorgung oder Motorwinkelsensor erkennen und an eine Sicherheitsüberwachung 501, 502 melden.- The standstill shutdown 57 can detect certain faults in the motor, gearbox, current controller, power electronics, power supply or motor angle sensor and report it to a safety monitor 501 , 502 .
Die in dem Ausführungsbeispiel anhand eines Lenksystems be schriebene Stillstandsabschaltung kann nicht nur für das be schrieben Lenksystem Verwendung finden sondern für alle Steller und Antriebe mit Selbsthemmung verwendet werden, bei denen die Ausgangsgröße (Winkel, Position) für längere Zei ten konstante Werte annehmen soll.The be in the embodiment using a steering system written shutdown can not only be for the wrote steering system find use but for everyone Actuators and drives with self-locking are used at which the output size (angle, position) for longer time ten should assume constant values.
Claims (12)
der durch den Stellantrieb initiierten Bewegung (δM) erfaßt wird und der Stillstand des Stellantriebs abhängig von der erfaßten zeitliche Änderung erkannt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, daß der Stillstand des Stellantriebs dann erkannt wird, wenn die zeitliche Änderung einen bestimmten Wert, insbesondere den Wert Null, erreicht.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the temporal change
the movement initiated by the actuator (δ M ) is detected and the standstill of the actuator is detected depending on the detected change in time, it being provided in particular that the standstill of the actuator is recognized when the change in time is a certain value, in particular the Value zero, reached.
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